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我们人类的身体大约由60兆个细胞构成，其中的每一个细胞都具备细胞核。而在这个细胞核里，容纳着46条染色体，其中有半数——也就是23条——继承自父亲，另外23条则继承自母亲。具体到每一条染色体，则呈现为双螺旋结构的“DNA”。DNA是脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）的缩写，它记录着人体的遗传信息。自从1953年DNA的双螺旋结构模型被确立之后，基因研究就进入了飞速发展的时期。
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DNA由A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）这四种碱基排列而成。其中A与T配对，G与C配对，形成双链（double‐stranded）结构。同时，这些碱基的排列顺序所蕴藏的信息就是基因。据说，人类所拥有的基因数量在两万个左右。
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而这些DNA所蕴藏的全部基因信息，统称为基因组（genome）。这个单词源自基因（gene）和染色体（chromosome）的组合。
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那么，基因的作用是什么呢？基因是蛋白质的设计图。我们的身体有一大半由蛋白质构成，无论是人类还是其他哺乳动物，甚至植物，都可以说是依赖于蛋白质而存在的。食物的消化过程、细胞之中的各种化学反应，都必须有名为酶的蛋白质的参与才能完成。组成身体并执行运动机能的肌肉以及各种激素，大多数也是蛋白质。
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因此可以说，基因全面掌控着生物的身体构造及其基本特征。只要对基因进行操作，就能改变生物的形态和特征。
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基因魔剪：改造生命的新技术 [:1700226918]
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基因魔剪：改造生命的新技术 以往的品种改良
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人类从远古时代起，就一直在进行着品种改良工作，具体表现为把植物驯化成作物，把动物驯化成家畜，以强化其对人类有利的特征。这种方法要么需要严密规划动植物的交配，要么必须先找到自然产生的突变个体。
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随着科学的发展，人类已然知晓基因的基本构造，但实施品种改良的基本思路却并未发生大的改变。虽然从只能依靠自然突变，发展成了可以使用辐射或化学物质人工促进突变，但本质上仍然是依靠偶然找出发生了符合预期变化的个体，然后令其重复交配。
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■DNA与染色体结构
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日本农林水产省下辖的研究组织——农业、食品产业技术综合研究机构（农研机构），拥有一座被称作“伽玛农场”（Gamma Field）的户外实验农场。这座农场位于茨城县常陆大宫市。农场呈圆形，以放置有放射性物质“钴60”的塔为中心，半径为100米。里面栽培了各种植物。植物在生长过程中时刻接受辐射，以促进突变的发生。这个方法虽然传统，但时至今日仍是重要的品种改良手段之一。
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有一种名为“黄金20世纪”的梨，就是从对黑斑病（植物的茎、叶、果实等部位出现黑色斑点的病害）这一病症抵抗力相对较弱的“20世纪”梨中选育出来的、耐黑斑病的强化品种。“黄金20世纪”在鸟取县等产地大受好评，栽种面积逐年增加。
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然而，“黄金20世纪”的开发耗费了漫长的时光。伽玛农场开始栽种这种梨是在1962年；1981年，在感染了黑斑病的植株中找到了未发病的树枝，这时距离伽玛农场开始栽种这种梨已经过去了19年；利用这一根突变树枝进行重复实验，最终依据《植物新品种保护和种子法》将“黄金20世纪”登记为植物新品种，则是在1991年，这时距离开始栽种已经过去了29年。如此利用突变进行育种，虽然可以在多个地方同时进行，但不管在哪儿都需要等待漫长的年月，耗费大量的精力。
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基因魔剪：改造生命的新技术 基因重组与基因组编辑
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听到可以操纵基因的技术，大家脑海中最先浮现的一定是基因重组吧。根据日本厚生劳动省下发的宣传手册中的定义，所谓基因重组，指的是“从生物细胞中提取具备有用性状的基因，组合到植物等生物的细胞基因中去，令其获得新的性状”。简而言之，基因重组是一种能“插入”跨越生物种属的新基因的技术。它出现于20世纪70年代，在发展中逐步应用于实践，取得了诸多成果。
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以前，治疗糖尿病的药物胰岛素只能从猪等动物的心脏内提取，在采用了基因重组技术之后，才实现了大规模生产。将人胰岛素的基因组合到大肠杆菌或酵母的基因中，然后进行培养，就能大规模制造出人胰岛素。这为糖尿病的治疗做出了巨大贡献。
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基因重组也被应用于某些植物的品种改良领域。大家应该都听说过具备除草剂抗药性的大豆，以及对害虫有抵抗力的玉米。除了利用病毒和细菌之外，也有其他的基因插入方法，比如对于动物，最常用的就是将基因直接注入受精卵中。鱼类中也已经诞生了基因重组的品种，其应用实例正不断增加。在第一章中已有提及，2015年美国食品药品监督管理局批准了通过基因重组的方式促进成长激素分泌，从而实现快速生长的大西洋鲑鱼（Salmo salar）的食用养殖与贩卖。
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在日本国内，广为人知的基因重组植物是蓝玫瑰。接下来就以此为例，对基因重组和基因组编辑的区别进行说明。
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蓝玫瑰在自然界中原本并不存在。三得利株式会社的研究小组于2004年宣布其使用基因重组技术开发蓝玫瑰，并获得了成功。他们将玫瑰的基因与三色堇生成蓝色素的基因进行融合，制造出了蓝色的玫瑰。但从开始到成功，他们花费了14年时间。据悉，在开发过程中研究人员遇到了各种难题，比如该选择什么基因，该在哪个位置插入。不过，还是让我们先把注意力放在基因之间的融合到底有多困难这一点上吧。
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如果把一连串的基因当作排成一列的积木，那么我们首先得搞清楚，蓝色的基因该插到哪里。在操作基因重组技术时，想要往细胞中插入代表蓝色基因的蓝色积木，很可能受到成列的积木排斥而插不进去，也可能无法瞄准插入点，插到了错误的地方，甚至多插了好几个。整个过程不可控，只能大量重复蓝色基因的插入操作，经过几千、几万次的尝试，从中挑选出恰巧符合预期的插入结果。也就是说，基因重组仍然依赖于偶然性，必须耗费漫长的时间和大量的劳动，并非人人都能做到。
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